技術スポットライト: ハードターニングシステム

Jun 07, 2023

Hembrug Mikroturn 100 旋盤での超硬絞りダイスのハードターニング。 ヘンブルグ工作機械

炭化タングステン工具は、金型業界だけでなく、打ち抜き、絞り、押し出しの用途でも使用されています。 この工具は非常に耐摩耗性が高く、複雑な輪郭を特徴とすることが多く、形状や表面仕上げの最高の要件が求められます。

これらのワークピースは機械加工が難しいため、従来はダイヤモンド砥石を使用した研削によって成形されてきました。 しかし、メーカーはコストを削減し、品質を向上させ、セットアップ時間を最小限に抑えることが課題となっているため、高精度のハードターニングが検討されています。

高精度旋削加工は非常に柔軟なプロセスです。 セットアップと切り替えが簡単で、同じクランプで ID 操作と OD 操作を組み合わせることができます。 高い金属除去率の達成も可能です。

複雑な輪郭はプログラムされ、CNC スライド位置決めを使用してハードターニング用に特別に設計された機械で生産されます。

研削中、いくつかの複雑な形状を持つワークピースを完了するには複数のセットアップが必要になることがよくあります。 各輪郭を仕上げるには特定のホイール形状が必要であり、ホイールの交換が必要になります。 ロットサイズが小さい場合、これにより生産時間が大幅に長くなります。

動的剛性が高く正確な旋盤とダイヤモンド刃先交換式インサート工具を組み合わせることで、超硬工具を仕上げるための柔軟な製造プロセスが可能になりました。 タングステンカーバイドを研削と同じ精度までうまく回転させるには、機械と工具の最適化が鍵となります。

炭化タングステンは 80 HRC の硬度を持つことができます。 たとえば、焼き入れ鋼の範囲は 58 ～ 65 HRC です。 この材料を従来の旋盤で回転させると振動が発生します。これは、これらの機械には通常最小限の機械減衰特性があるためです。

材料をワークピースから引き離すために必要な高い切削抵抗は、焼入れ鋼よりも炭化タングステンの方が高くなります。 これらのより高い切削抵抗により、ガイドウェイとスピンドルベアリングに大きな押し戻し圧力が発生します。 従来の旋盤は必ずしもこれらの力に対処できるように設計されておらず、超硬はもちろんのこと硬化鋼を切削する場合でも、ガイドウェイの早期摩耗が発生する可能性があります。 これにより、部品のサイズ、形状精度、表面仕上げを保持する能力が低下し、工具の摩耗が増加します。

Hembrug Machine Tools (オランダ、ハールレム) は、スペインの機械グループ Danobat の一部であり、高精度のハードターニングマシンの製造を専門としています。 また、サブミクロンの精度が必要とされる非常に厳しい公差のタングステンカーバイドワークピースの旋削加工における豊富なプロセス経験も持っています。

50 年以上前、同社は従来の旋盤製造方法から脱却し、静圧スライド ベアリングとスピンドル ベアリングを開発しました。

この絞りダイスは、従来の研削プロセスが 8 時間かかっていたのに対し、30 分以内に作成され、同様の精度の結果が得られました。

この社内技術は、同社のマイクロターン機械のスライドウェイとスピンドルベアリングの両方に適用されています。

この技術は、速度に関係なく減衰特性を提供し、工具先端の振動を最小限に抑えるために必要な動的剛性を生み出します。 同社によれば、これらの特性は良好な表面仕上げの完全性と長い工具寿命に不可欠です。 可動機械要素間に金属間の接触がないため、摩耗のないプラットフォームが実現します。

この設計と構造は、天然御影石の機械ベースと合わせて、従来の精密旋盤に比べて投資コストが高くなります。 ただし、その利点は、工具寿命が長くなり、必要な機械調整の回数が少なくなり、安定性による一貫した部品間の反復精度が得られることです。 また、メーカーによれば、ワークピースの品質は研削公差と同等です。

これらの必須の機械要件に加えて、最適化された工具も使用する必要があります。

近年、刃先交換式工具の多くの開発により、超硬の被削性が向上しました。 タングステンカーバイドを回転させることができるのは最も硬く、最も耐摩耗性の高い工具だけであるため、ダイヤモンドのみが適格です。

さまざまなタイプのダイヤモンドインサートが利用可能ですが、単結晶タイプのダイヤモンド工具よりも耐摩耗性と靭性が高いため、バインダレス PCD 材種の使用をお勧めします。 Hembrug 氏によると、これらは工具寿命を延ばし、表面仕上げを改善し、より優れた寸法制御を実現します。

炭化物のグレード（結合剤含有量、硬度、耐摩耗性、粒径）は、その被削性に影響します。 また、粒度が細かいほど表面仕上げ精度が良くなります。 微細な表面仕上げが必要な場合は、より粗い粒子サイズを使用できるため、ヘンブルグでは、研削スピンドルまたは砥石ホーニング オプションを旋削システムに統合しています。

この組み合わせにより、荒および中仕上げ旋削の後に研削またはホーニング作業が行われ、ワークが完成します。 KombiFin 砥石を使用するこの仕上げオプションにより、Ra 0.02 µm の表面仕上げを実現できます。 1 台の機械でハードターニングと精密仕上げを組み合わせることで、精度と柔軟性が向上します。 このようにして、メーカーは粒子サイズに関係なく、必要な表面粗さの結果を達成できます。

ハードターニングでは乾式加工も可能ですが、多くの場合、クーラント (空気または液体) の使用が有益です。 クーラントを使用すると、切りくずがより早く除去され、ワー​​クへの熱伝達が最小限に抑えられます。 冷却剤の使用もプロセスの安定性に積極的に貢献します。

研削品質の超硬工具を製造できるハードターニングなどの柔軟な加工方法を持つことは、間違いなく業界にとって良いことです。 複雑な輪郭の作成は容易であり、小ロット生産では、ハードターニングが好まれるオプションであることがよくあります。

新設計の完全静圧 Hembrug Mikroturn 100 3rdGeneration は、1 回のセットアップで超硬部品のハードターニングと仕上げを行うことができます。

1 回のセットアップで部品を完成させることができるとともに、切り替え時間が短縮されるため、コストが削減され、エラーが減り、リードタイムが短縮されます。 これらの利点は、製造されるワークに関係なく、あらゆるメーカーの競争力に大きく貢献します。

Hembrug Machine Tools、H. Figeeweg 1a+b、2031 BJ Haarlem、The Netherlands、31 23 5124900、www.hembrug.com の Gary Anderson は北米セールス マネージャー、Omar Geluk はシニア マーケティング担当者です。

旋削後の砥石ホーニングによりRa0.02μmの表面仕上げが可能です。